Архивы текста статьи в сокращенном (опубликованном) варианте (275 kB) и полная версия (865 kb) в RTF-формате MS Word и опубликованный вариант в PDF-формате (170 kB) для загрузки

Характерной тенденцией развития современных вычислительных сетей является требование обеспечения все большей скорости передачи данных. В настоящее время при обработке больших потоков информации широкое применение находят локальные вычислительные сети, построенные на базе стандарта Fast Ethernet. Характеристики сигналов, используемых в этой технологии для передачи информации по каналам связи, имеют ряд особенностей, которые должны учитываться при оценке защищенности вычислительных сетей, построенных на ее основе.

Технология Fast Ethernet является расширением стандарта IEEE 802.3, который обычно называется стандартом Ethernet. Стандарт Fast Ethernet определен как дополнение к стандарту 802.3 и вносит изменения в первые 20 статей, а также добавляет к оригиналу 10 новых статей, те самым технология Fast Ethernet является более быстрой реализацией классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются [1] - [3]:

• увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

• сохранение метода случайного доступа CSMA/CD;

• звездообразная топология сети;

• поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары (категория 3 и выше) и оптоволоконного кабеля.

Рис. 1. Структурная схема элементов технологии Fast Ethernet

Физический уровень (Physical layer device, далее - PHY) выполняет следующие функции:

• передача данных;

• прием данных;

• определение наличия связи между портом повторителя и узлом (Link Status);

• определение коллизий (Collision Sense);

• определение затянувшейся передачи (Jabber) – узел передает дольше, чем предусмотрено протоколом;

• определение режима работы (Autonegotiation), такими как: полнодуплексный 100BASE-TX, 100BASE-Т4, 100BASE-ТХ, полнодуплексный 10BASE-T, 10BASE-T.

Физический уровень стандарта 100BASE-TX включает в себя следующие функциональные узлы и блоки:

• PCS – подуровень физического кодирования PCS;

• PMA – подуровень физического присоединения;

• PMD – подуровень зависимости от физической среды;

• AUTONEG – подуровень автопереговоров о скорости передачи.

Рис. 2. Блок-диаграмма передатчика сигналов стандарта 100Base-ТX

Блок-диаграмма передатчика сигналов стандарта 100Base-ТX, реализованная в микросхеме DP83843 [3], представлена на Рис. 2.

Логическое кодирование с использованием скремблера (далее скремблирование) представляет собой побитовое наложение с использованием операции исключающее или (XOR) псевдослучайного битового потока на битовый информационный поток. В качестве генератора псевдослучайного битового потока чисел используется 11-ти разрядный сдвиговый регистр с обратными связями с 9-го и 11-го разрядов в соответствии со следующим соотношением [5]:

Проведение модельного эксперимента позволило выяснить, что сдвиговый регистр генерирует псевдослучайную последовательность с интервалом повторения равным 2¹¹ – 1 = 2047 импульсов, что дает временной период 2047t, где t - длительность одного импульса.

4. Кодер MLT-3 обеспечивает формирование информационного сигнала для передачи в канал связи. Основные правила формирования MLT-сигнала:

• для передачи данных используется три уровня MLT-сигнала 0, +1, -1; изменение уровня сигнала происходит последовательно с учетом предыдущего перехода;

• информационной единице соответствует переход с одного уровня MLT-сигнала на другой:

• уровень сигнала переходит в 0, если предыдущий уровень соответствовал +1 или –1;

• уровень сигнала переходит в +1 если предыдущий уровень соответствовал 0 и последнее изменение произошло от уровня –1 к уровню 0;

• уровень сигнала переходит в -1 если предыдущий уровень соответствовал 0 и последнее изменение произошло от уровня +1 к уровню 0;

• при передаче информационных нулей MLT-сигнал не меняется;

• информационные переходы происходят на границе битов.

Зависимость периода полученных последовательностей от их состава определяется, тем, что по своему принципу действия обратная связь в кодере MLT-3 зависит от неоднородности состава входной последовательности. Наименьшая длина периода выходной последовательности (8188 импульсов каждый длительностью t=8 нс, что дает период Т=65,50 мкс), а следовательно, максимальная частота повторения сигнала (=15,3 кГц) соответствует сигналу Idle.

Временнáя диаграмма информационного сигнала в кабельной линии представлена на Рис. 3.

Временные параметры информационного сигнала, приведенные в [4], представлены в Таблице 1.

 Таблица 1.

 Таким образом, импульсы кода MLT-3 с достаточно высокой точностью имеют симметричную во времени трапецеидальную форму. Их структура изображена на Рис. 4.

Рис. 4. Структура сигнала кода MLT-3 с учетом
трапецеидальной формы импульсов

Будем считать, что фронт и спад импульсов имеют одинаковую длительность ; длительность импульсов положительного и отрицательного уровня потенциала равна , время длительности уровня нулевого потенциала (“нулевого” импульса кода MLT-3) . Обозначив значение времени, за которое происходит нарастание амплитуды импульса от 10% до 90% ее максимальной величины, как  и считая нарастание фронта (спад) импульса линейным, получим, что время нарастания амплитуды от 0 до 100% (спада от 100% до 0) . Для типового значения из Таблицы 1, величина  равна 5 нс, а ее разброс для различных сетевых адаптеров возможен от 3,75 до 7,5 нс.

Величина  длительности импульса сигнала кода MLT-3 согласно структуры, изображенной на Рис. 4, определяется из осциллограмм, приведенных в [2] и [4]. Явных указаний на эту длительность в доступных документах нет. Осциллограмма формы импульсов изображена на Рис. 5 [2]. Другим косвенным указанием на значение  является осциллограмма спектра сигнала в кабельной линии (см. Рис. 6 [4]). Как показано в [6], первое нулевое значение в огибающей спектра информативного сигнала в кабельной линии соответствует величине . Поскольку указанное значение равно 125 МГц, то и это указывает, что величина  8 нс.

Рис. 5. Осциллограмма MLT-сигнала на выходе сетевого адаптера

2. Электрический сигнал в витой паре кабеля связи ЛВС (сигнал кода MLT-3) представляет собой трехуровневую биполярную последовательность импульсов трапециидальной формы с параметрами:

• напряжение сигнала (пик-пик) - +/- 1 В;

•  ток сигнала -  +/- 10 мА (волновое сопротивление  линии 100 Ом);

• минимальная длительность импульса кодовой посылки - 8 нс;

• длительность фронта (спада) импульсов 3,75 - 7,5 нс.

[4] 10/100 Mb/s Integrated PCI Ethernet Media Access Controller and Physical Layer (MacPhyter). National Semiconductor Application Note DP83815, www.national.com, 2000.